基于GIS技术的城市建设用地扩展范围确定方法研究——以重庆市南岸区为例
(1.重庆土地勘测规划院，重庆，400020；2.中国人民解放军重庆后勤工程学院，重庆，400201；3.西南大学，重庆，400060)
以南岸区为例，根据人口预测模型和人均建设用地指标，预测城市建设用地需求规模。通过指数因子网格的空间模拟，采用综合指数法得出网格综合城市建设用地适宜性指数。基于地理相似性原理，利用地理信息系统控制和支持城市建设用地需求规模，通过格网合并预测城市建设用地规模范围。研究表明，基于城市建设用地适宜性综合指数，利用计算机自动获取建设用地边界是科学可行的，可为土地主管部门和土地利用总体规划及建设用地布局提供决策支持。
关键词:网格；适宜性指数；空间模拟；南岸区；重庆
1研究区概况
南岸区位于重庆都市区，长江以南，北纬106 31′~ 106 48′与29° 27′~ 29° 38′之间，总面积261.08km2，2004年全区总人口526787人，其中农村人口占22.76%，城镇人口占77.27%南岸区地貌属于川东平行山沟的一部分。该区自西向东有四个背斜和三个向斜。背斜形成山地，向斜形成以丘陵为主的河谷，构成了本区低山、丘陵、平坝的地貌组合特征。全区最高海拔681m；；最低海拔157m，相对高差524m。截至2004年底，农用地总面积为15600.19hm2，占全区土地总面积的59.83%。总建设用地面积为7649.18hm2，占全区总用地面积的29.33%。其中，城市用地2714.54hm2，占居住区和工矿用地的37.67%；城镇用地229.03hm2，占居住区和工矿用地的3.18%；农村居住用地1924.45hm2，占居住用地和工矿用地的26.71%；独立工矿用地为2036.13hm2，占居住区和工矿用地的28.26%；特殊用地301.25hm2，占居住和工业用地的4.18%；交通用地面积为380.59hm2，占建设用地面积的4.98%；未利用土地总面积为2826.94hm2，占全区土地总面积的10.84%。2004年南岸区土地资源利用结构中，农用地、建设用地和未利用地的比例为59.83∶29.33∶10.84，以农用地为主。
2城市建设用地规模计算
城市建设用地规模要与人口规模、产业规模、经济规模相适应，也受土地利用条件、地形地貌等自然条件的限制。因此，城市用地规模的预测要从实际出发，因地制宜，量力而行，规模要适度，不要贪大求全，造成城市的无限扩张和土地资源的浪费。考虑到区域经济的发展受诸多不确定因素的影响，城市发展空间的预测也应超前，留有余地，增强预测结果的可操作性。城市建设用地应走内涵挖潜与适度外延扩张相结合的集约道路。一要挖掘各类闲置土地和利用不足、不合理的城市建设用地。城市空间的扩展应尽量少占或不占耕地。
2.1人口预测
人口预测的方法一般有指数增长法、回归预测法、logistic函数预测法、人口年龄计算算法等。根据县级土地利用总体规划规定，人口预测一般采用指数增长法，预测公式如下:
P = P0(1+K)n+nδP(1)
其中p为规划目标年的总人口；P0为规划基准年总人口；k为规划期人口自然增长率；n是规划期；δP为规划期内平均年人口机械增长。
据统计，南岸区人口自然增长率约为1.6‰，到2010，南岸区人口增长率不会出现大的波动，因此k = 1.6‰。由于南岸区社会发展较快，人口机械增长率较高。根据各种统计数据，近年来人口机械增长率保持在82093人/年，那么到2010年，南岸区人口将达到1024420人。
2.2城市人口预测
2004年，南岸区总人口526787人，城市化率77.24%，城镇人口406883人。据统计，南岸区城镇人口自然增长率为1.6‰，通过农村变非农村、区外移民等形式，每年增加城镇人口681，71人。根据公式(1)406883×(1+1.6‰)6+6×98171 = 819629，预计2010年城市化率将达到80.5%。
2.3城市建设用地需求预测
建设用地需求的定量预测方法通常包括趋势预测、回归预测和定额指标预测。趋势预测法是根据实际土地需求随时间变化的规律，外推未来的土地需求。通常以时间t为自变量，土地需求为因变量建立趋势线方程，其一般形式如下。趋势线方程通常包括直线方程、二次曲线方程和指数方程。回归预测法是根据变量之间的关系，利用其他变量的已知值来推断预测变量的值的方法，是通过表示两个或两个以上变量之间关系的数学方程来进行预测的方法。因此，回归预测方法的应用要求两组时间序列具有相同的时间序列和密切的关系。定额指标法是一种简单而准确的预测方法，主要是利用城市人口的预测结果，以部下达的人均土地定额为定额指标，计算土地需求量。根据南岸区建设实际和集约用地要求，在选择指标级别时，尽量选择较为宽松的人均用地指标。
2.3.1人均城市建设用地指标
南岸区现状人均城市建设用地指标2004年为72.32m2/人，2010年人均城市建设用地规划指标为87m2/人，可满足城市发展需要。
2.3.2规划城市建设用地面积
819629人×87(m2/人)/10000 = 7130.77 hm2，规划新增城市建设用地面积Sc为4186.93hm2。
3.建设用地扩张范围预测
城市土地总体布局是在城镇的性质和规模、规划期内的主要建设项目以及与总体规划有关的经济技术指标已经确定的情况下，在对城市土地进行评价和选择的基础上，对规划期内的城市布局形式和各项建设进行统筹安排和合理布局。本研究通过指数因子网格的空间模拟，采用综合指数法得出网格综合城市建设用地适宜性指数。基于地理相似性原理，利用地理信息系统控制和支持城市建设用地需求规模，通过格网合并预测城市建设用地规模范围。
3.1影响建设用地扩展的因素
建设用地的选择是根据城市土地适宜性评价结果和城市土地可持续利用的要求，合理确定城镇的具体位置和建设用地的扩展范围。影响建设用地扩张的因素很多，包括以下几个方面。
(1)地貌条件影响着城镇的分布位置、平面结构和空间布局，不同的地貌条件也影响着各类建筑物的用地布局和工程设施的建设。主要参考指标包括地表破碎度、坡度、地貌位置和地貌类型。
(2)由于地质结构不同，土层自然堆积，地质水文条件不同，从而造成建筑物承载力的差异；不同的水文条件影响着城镇的发展规模和安全。主要参考指标有:地层岩性、地质构造、降水量、河网密度、河流洪水位等。
(3)社会经济条件城市用地规模和扩张必须从城市用地布局现状出发，根据国民经济和社会发展需要、城市用地功能组织和城市景观建设要求，统筹安排，合理布局。因此，影响城市建设用地布局和扩展的因素主要包括以下社会经济条件:区域现状路网密度、区域规划路网密度、现状城市建设用地规模影响程度、土地利用类型、单位固定资产投资新增建设用地面积等。
3.2建设用地扩展预测方法
首先将研究区域划分为一定尺度下的网格，针对不同网格进行城市用地适宜性评价，形成区域城市建设用地适宜性评价结果；其次，以新增建设用地规模为控制，采用基于网格数据处理技术的计算机自动搜索方法，获取城市建设用地扩展范围。
3.3建设用地扩展范围预测结果
3.3.1城市建设用地适宜性评价
利用层次分析法和德尔菲法，确定了研究区城市建设用地适宜性评价指标及各指标的权重，见表1。
表1城市建设用地适宜性评价指标权重值
利用地理信息的空间数据模拟方法，以地面100 m的网格精度模拟研究区各评价指标的连续分布，得到区域标准化后的研究区指标数据的连续分布值，如图1所示，为研究区陆面破碎化的模拟。
采用综合指数法对研究区的城市建设用地适宜性进行综合评价，地面分辨率为100 m，各网格单元适宜性综合指数的计算公式为:
图1模拟表面破碎(图中数值越高，破碎越大)
土地信息技术创新与土地科技发展:2006年中国土地科学学会学术年会论文集。
式中，Pi为第I个网格单元的城市建设用地适宜性综合指数；Vj是每个指标的权重；X'j为每个网格单元评价j个指标的标准化得分，m为指标个数；n是流域内划分的网格单元数，即单元数。
通过地理信息系统的空间数学运算，得到南岸区城市建设用地适宜性综合指数分布图(图2)。
图2南岸区城市建设用地适宜性综合指数分布
3.3.2预测结果
基于地理相似性原理，利用VB6集成开发环境和ESRI公司的Arc Objects组件系列开发了自动分区程序模块。分区的计算机编程流程如图3所示。
图3确定城市建设用地扩展范围的算法流程图
(1)确定城市建设用地地块最小面积Smin，小于Smin的地块应全部合并。
(2)以评价单元为最小合并对象，合并到邻域内最相似的适宜性类型区域。如果邻域内有多个相似地块，则将其合并到最大的地块中。
最后将合并后的对象增加评价单元面积的整数倍，直到城市建设用地最小地块面积不小于Smin，总面积为预测要增加的建设用地，停止循环，输出区域城市建设用地区划图(图4)。
从图中可以看出，南岸区未来的城市发展将集中在长生桥镇，南山及东部地区应视为生态保护区，不适合城市发展，这与传统方法做出的土地利用总体规划基本一致。在城市建设用地扩展方向上，本次研究结果表明，南岸区主要向北部发展，重点发展中部，兼顾小城镇规模。在发展茶园新城的同时，要为所有建制镇预留城镇建设用地指标。
图4南岸区城市建设用地扩展范围预测结果
4结论
通过研究，可以得出以下结论:
(1)空间数据模拟技术的应用，可以直观地表达不连续地理现象的区域空间分布趋势，为数学模型分析提供可靠的数据支持。
(2)利用基于格网数据处理技术的计算机自动搜索方法获取城市建设用地的扩展范围，为土地利用规划中划定城市建设用地和其他用地类型的范围提供科学的技术支持，使规划中的建设用地布局更加科学合理。
(3)通过本研究，将土地适宜性评价与土地利用规划有机地结合起来，对未来土地利用规划的方法进行了有益的探索。
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